Przydatność metod TIG i MIG do spawania aparatury chemicznej z aluminium

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚL4SKIEJ S e r i a : MECHANIKA z . 39

________ 1969 Nr k o l . 258

ZDZISŁAW BULSKI K a t e d r a S p a w a l n ic t w a

PRZYDATNOŚĆ METOD TIG I MIG DO SPAWANIA APARATURY CHEMICZNEJ Z ALUMINIUM

S t r e s z c z e n i e : Podano w y n i k i b a d a ń w ł a s n o ś o i p o ł ą - c z e ń a lu m in i o w y c h e le m e n tó w sp a w a n y c h w o s ł o n i e a r g o n u e l e k t r o d a m i wolframowymi i a lu m in i o w y m i . P o ró w n a n ie w y t r z y m a ł o ś c i i o d p o r n o ś c i n a k o r o z j ą t y c h p o ł ą c z e ń spaw an y ch w o s ł o n i e a r g o n u u m o ż l iw ia

o c e n ą p r z y d a t n o ś c i m etod s to s o w a n y c h p r z y p r o d u k - o j i a p a r a t u r y c h e m i c z n e j z a lu m i n i u m .

1 . Wstąp

Alum inium J a k o m a t e r i a ł k o n s t r u k c y j n y , s to s u n k o w o późno z n a l a z ł o s z e r s z e z a s t o s o w a n i e w t e c h n i c e .

W o s t a t n i c h l a t a c h d z i ą k i s t w o r z e n i u o d p o w i e d n ic h warunków t e c h n i c z n y c h J e g o p r o d u k c j i o r a z n a s k u t e k d u ż e g o z a p o t r z e b o ­ w a n ia na m a t e r i a ł y o d p o rn e n a k o r o z j ą , o d u ż e j w y t r z y m a ł o ś c i i r ó w n o c z e ś n i e małym c i ę ż a r z e w ła ś ciw y m , w s k a ź n i k i w z r o s t u p r o d u k c j i a lu m in iu m p r z e w y ż s z a j ą n a w e t w s k a ź n i k i w z r o s t u p r o ­ d u k c j i s t a l i .

Poważnymi o d b i o r c a m i a lu m in i u m J e s t p r z e m y s ł l o t n i c z y , s a ­ mochodowy, o k r ę to w y i c h e m i c z n y . Z a s t o s o w a n i e t e g o m a t e r i a ł u p r z y p r o d u k c j i środków t r a n s p o r t u u m o ż l iw ia z m n i e j s z e n i e o i ę - ż a r u w ł a s n e g o i z u ż y c i a e n e r g i i n a p ę d o w e j, z w i ę k s z e n i e ładow­

n o ś c i , z a s i ą g u i ż y w o t n o ś o i p o j a z d ó w , z m n i e j s z a wymogi kon­

s e r w a c j i o r a z u ł a t w i a n a w i g a c j ą d z i ą k i w ła s n o ś o io r a a n ty m a g n e - ty c z n y m .

W z ra s ta z a p o t r z e b o w a n i e a lu m in iu m w p r z e m y ś l e e l e k t r o t e c h ­ n icz n y m , spożywczym, w b u d o w n i c t w i e , w p r o d u k c j i a r t y k u ł ó w p o w szech nego u ż y t k u , g ł ó w n i e z e w z g lą d u na l e k k o ś ć , ł a t w ą ob­

r ó b k ą , d u ż ą p rz e w o d n o ść o i e p l n ą i e l e k t r y c z n ą , e s t e t y c z n y wy­

g l ą d wyrobów o r a z ł a t w o ś ć i c h b a r w i e n i a .

S z c z e g ó l n i e u z a s a d n i o n e j e s t s t o s o w a n i e a lu m in i u m i j e g o stop ów w b u dow ie a p a r a t u r y p r z e m y s ł u c h e m i c z n e g o .

D z i ę k i t a k i m cechom j a k :

- d u ż a o d p o r n o ś ć c h e m ic z n a n a d z i a ł a n i e w i e l u związków o r g a - n i o z n y o h i n i e o r g a n i c z n y c h , d o s k o n a ł a o b r a b i a l n o ś ć

- n i s k i o i ę ż a r w ł a ś c i w y

- w z r o s t w ł a s n o ś o i m e o h a n i e z n y c h w n i s k i o h t e m p e r a t u r a c h - w y s o k i e p r z e w o d n ic tw o o i e p l n e

- d o b r e z d o l n o ś o i o d b i j a n i a p r o m i e n i o w a n i a - b r a k i s k r z e n i a p r z y u d e r z e n i u ,

a p a r a t y i u r z ą d z e n i a wykonane z a lu m in iu m l u b j e g o sto p ó w s ą l ż e j s z e , t a ń s z e , s p r a w n i e j s z e , i b e z p i e c z n i e j s z e od s t a l o w y c h .

Z a lu m in i u m w yk o n uje s i ę c a ł e u r z ą d z e n i a a p a r a t u r y c h e m i o z - n e j l u b p o s z c z e g ó l n e j e j e l e m e n t y t a k i e j a k :

- a p a r a t u r ę do p r o o es ó w d y f u z y j n y c h ( a b s o r b e r y , a d s o r b e r y , a p a r a t y d e s t y l a c y j n e , e k s t r a k t o r y , s u s z a r k i ) ,

- a p a r a t y do p ro o esó w h y d r o m e o h a n io z n y o h ( w i r ó w k i , c y k l o n y , e l e k t r o f i l t r y , f i l t r y , m i e s z a l n i k i ) ,

- a p a r a t y wymiany c i e p ł a ( p i e c e , w y m ie n n i k i c i e p ł a , k r y s t a l i - z a t o r y ) ,

- p r z e w o d y w e n t y l a c y j n e , k o m in y ,

- z b i o r n i k i , k a d z i e f e r m e n t a o y j n e , c y s t e r n y , b e o z k i , - pompy, w e n t y l a t o r y , dmuohawy

- r u r o o i ą g i , zaw ory i z a su w y , - o s ł o n y i obudowy a p a r a t ó w i t d .

Mimo d u ż y c h k o r z y ś o i w y n i k a j ą c y c h z z a s t o s o w a n i a a lu m in iu m i j e g o stopó w w w i e l u d z i e d z i n a c h p r z e m y s ł u , r o z p o w s z e c h n i a n i u t y c h m a t e r i a ł ó w s t o j ą n a p r z e s z k o d z i e s to s u n k o w o j e s z c z e wyso­

k i e c e n y ( g ł ó w n i e w k r a j a o h o o g r a n i o z o n e j p r o d u k c j i ) , b r a k z a u f a n i a u k o n s t r u k t o r ó w o r a z n i e u s t a l o n e l u b m ało r o z p o w s z e c h ­ n i o n e t e o h n o l o g i e w y t w a r z a n i a i r e m o n t u wyrobów a l u m in i o w y c h .

Jednym z ozynników u m o ż l i w i a j ą c y c h w z r o s t p r o d u k c j i i s z y b ­ k i e r o z p o w s z e c h n i e n i e s i ę a lu m in i u m j e s t n a d a l t r w a j ą c y r o z w ó j i p o p u l a r y z a c j a now o o z e sn y o h m etod j e g o ł ą o z e n i a .

P r z y d a t n o ś ć m etod TIG i MIG do s p a w a n i a . » . 107

2 . M etody ł ą o z e n i a a lu m in i u m i J e g o s to p ó w

O b eonie m o żliw e j e s t ł ą o z e n i e e le m e n tó w a lu m in i o w y o h w s z y s t ­ k i m i p o w s z e c h n ie s to s o w a n y m i s p o s o b a m i .

n a j s t a r s z ą m e to d ą ł ą o z e n i a j e s t n i t o w a n i e . U m ożliw ia ono w y k o n a n ie p o ł ą o z e n i a p r z y u ż y o i u p r o s t y c h środków i b e z d z i a ­ ł a n i a o i e p ł a , oo z a b e z p i e o z a p r z e d o b n i ż e n i e m w ł a s n o ś o i mecha­

n i c z n y c h sto p ó w u l e p s z o n y c h o i e p l n i e .

M etoda t a p o s i a d a j e d n a k s z e r e g w ad, j a k d u ż a p r a o o o h ł o n n o ś ć , w z r o s t o i ę ż a r u p o ł ą o z e n i a spowodowany z a k ł a d k ą , z m n i e j s z e n i e c z y n n e g o p r z e k r o j u e le m en tó w ł ą c z o n y o h p r z e z o tw o r y i d l a t e g o s to s o w a n a j e s t o s t a t n i o t y l k o w w y ją tk o w y c h p r z y p a d k a o h .

l u t o w a n i e ł a t w e do w y k o n a n ia p r z y u ż y o i u p r o s t y c h s t o s u n k o ­ wo środków j e s t w p r z y p a d k u a lu m in i u m n i e o o u t r u d n i o n e o b e c n o - ś o i ą w a r s t e w k i t l e n k ó w o r a z p o w oduje w z r o s t o i ą ż a r u p o ł ą c z e n i a i n i e b e z p i e c z e ń s t w o k o r o z j i .

Z a l e t ą k l e j e n i a , n a j n o w s z e j m eto d y ł ą o z e n i a m e t a l i j e s t moż­

l i w o ś ć u z y s k a n i a p o ł ą c z e n i a b e z o b n i ż a n i a w y t r z y m a ł o ś c i s to p ów o b r a b i a n y o h c i e p l n i e , można j e j e d n a k s to s o w a ć t y l k o do pew nej g r u b o ś o i m a t e r i a ł u , wymaga s t o s o w a n i a z a k ł a d k i i ze w z g lą d u na n i e z b ę d n e u r z ą d z e n i a d o c is k o w e o p ł a o a l n e j e s t t y l k o w p r z y p a d ­ k u p r o d u k c j i s e r y j n e j .

Z g r z e w a n ie s to s o w a n e j e s t t y l k o w n i e l i o z n y o h k o n s t r u k o j a o h p r z y o g r a n i c z o n e j g r u b o ś o i e le m e n tó w .

Wymaga ono s t o s o w a n i a d r o g i c h u r z ą d z e ń i b a r d z o ś o i s ł y c h t e c h n o l o g i i .

N a j p r o s t s z y m sposobem ł ą c z e n i a j e s t s p a w a n i e . Z a l e t ą j e g o j e s t p r o s t o t a i n i s k i k o s z t o r a z n a j m n i e j s z y o i ę ż a r p o ł ą o z e n i a i e s t e t y c z n y j e g o w y g l ą d .

Do j e g o wad z a l i c z y ć można k o n i e c z n o ś ć s t o s o w a n i a s p e c j a l ­ n y c h u r z ą d z e ń i w y s o k o k w a l i f i k o w a n e j o b s ł u g i o r a z f a k t , że m i e j s c e p o ł ą c z e n i a po o b r o b i e n i u p o w i e r z o h n i s t a j e s i ę w id o c z ­ ne a w y t r z y m a ło ś ć sto pów u l e p s z o n y c h l u b p r z e r o b i o n y c h p l a ­ s t y c z n i e n a zim no m a l e j e w s t r e f i e wpływu o i e p ł a .

S p e c y f i c z n e w ł a s n o ś c i f i z y c z n e i c h e m ic z n e a lu m in iu m powo­

d o w a ł y , że p r z e z d ł u ż s z y c z a s b y ł o ono z a l i c z a n e do m e t a l i r a c z e j t r u d n o s p a w a ln y o h .

Duże powinowaotwo do t l e n u pow oduje p o k r y w a n ie s i ę p r z e d ­ m iotów a lu m in io w y o h j u £ w t e m p e r a t u r z e p o k o jo w e j t r w a ł ą i s i l ­ n i e p r z y l e g a j ą c ą do m e t a l u w a r s tw ą t l e n k u A lgO ^. T l e n e k t e n t o p i ą c y s i ę d o p i e r o w t e m p e r a t u r z e 2050°C w n o r m a ln y c h warun­

k a c h u n i e m o ż l i w i a s p a w a n ie i pow oduje k o n i e c z n o ś ć s t o s o w a n i a t o p n ik ó w ( p r z y s p a w a n iu gazowym) o r a z mas o t u l i n o w y o h ( p r z y

s p a w a n iu e l e k t r y c z n y m e l e k t r o d a m i o t u l o n y m i ) , k t ó r y c h s k ł a d n i ­ k i w pod w y ż sz o n y c h t e m p e r a t u r a c h t o p i ą o s i ę r o z p u s z o z a j ą i w i ą ż ą t l e n e k a lu m in iu m i wypływają, n a p o w i e r z c h n i ę s p o i n y .

S k ł a d n i k i t e j e d n a k w wypadku n i e d o k ł a d n e g o i c h u s u n i ę c i a po s p a w a n i u , oo w w i e l u p r z y p a d k a o h j e s t n i e u n i k n i o n e , powodu­

j ą s z y b k i e z n i s z c z e n i e p o ł ą o z e n i a na s k u t e k k o r o z j i .

H y g r o s k o p i j n y t l e n e k a lu m in i u m pow oduje t e ż z a n i e c z y s z c z e ­ n i e t e g o m e t a l u wodorem w m y śl r e a k c j i :

2 A l + 3H2 0 + 3 H2

co p r z y d u ż e j z a l e ż n o ś c i r o z p u s z c z a l n o ś c i wodoru w alu m in iu m od t e m p e r a t u r y pow oduje c z ę s t ą wadę s p o i n a lu m in io w y o h - po­

r o w a t o ś ć .

Duże p r z e w o d n ic tw o c i e p l n e i o i e p ł o w ł a ś c i w e a lu m in iu m po­

w o d u je k o n i e c z n o ś ć s t o s o w a n i a p r z y j e g o s p a w a n iu ź r ó d e ł c i e p ł a o w y s o k i e j i n t e n s y w n o ś c i .

Z n a c z n y s p a d e k w y t r z y m a ł o ś c i w t e m p e r a t u r a c h powyżej 500°C o r a z d u ż y w s p ó ł o z y n n i k r o z s z e r z a l n o ś c i c i e p l n e j i s k u r c z p r z y k r z e p n i ę o i u s p r z y j a j ą p ę k a n i u s p o i n , s z c z e g ó l n i e w i e lo w a r s tw o ­ wych w c z a s i e s p a w a n i a .

B r a k zm ian y b arw p r z e j ś c i o w y c h p r z y p o d g r z e w a n i u u n i e m o ż l i ­ w ia w i z u a l n e o k r e ś l e n i e s t o p n i a n a g r z a n i a o r a z b l i s k o ś o i punk­

t u t o p n i e n i a .

Mała lepkość aluminium w stanie płynnym sprzyja łatwemu przeciekaniu stopionego metalu poza grań spoiny.

Z tych powodów spawanie płomieniem acetylenowo-tlenowym, a następnie spawanie elektryczne elektrodami otulonymi, które były głównymi metodami łąozenia aluminium aż do końca II woj­

ny światowej, nie zapewniały odpowiednich własności połączeń.

P r z y d a t n o ś ć m etod TIG i MIG do s p a w a n i a . . 1 09

D o p ie ro o p r a c o w a n i e m etod s p a w a n ia a lu m in i u m w o s ł o n i e g a ­ zów o b o j ę t n y c h p o z w o l i ł o u z y s k a ć p o ł ą c z e n i a o w y s o k io h w ł a s ­ n o ś c i a c h w y t r z y m a ło ś c io w y c h , p r z y z a c h o w a n iu d u ż e j o d p o r n o ś o i n a k o r o z j ę b e z d o d a tk o w e j o b r ó b k i s p o i n .

D z i ę k i w p ro w a d z e n iu t y c h m e t o d , o b e c n i e t e c h n i c z n i e i eko ­ n o m ic z n ie b a r d z i e j o p ł a c a l n y c h od p o p r z e d n i c h , a lu m in iu m i w ię k s z o ś ć j e g o stopów można z a l i c z y ć do m e t a l i ł a t w o s p a w a l n y o h .

Głównymi z a l e t a m i m etod s p a w a n ia w o s ł o n i e a r g o n u s ą s

- wysoka k o n c e n t r a c j a ź r ó d ł a c i e p ł a j a k i m j e s t ł u k e l e k t r y c z n y , k t ó r a p o z w a la n a s p a w a n ie n i e z b y t g r u b y c h e le m en tó w b e z

w s tę p n e g o p o d g r z e w a n i a o r a z n a s p a w a n ie w ie lo w a rs tw o w e b e z obawy p o w s ta w a n ia p ę k n i ę ć s p o i n y i z a p e w n ia m ałe r o z m i a r y s t r e f y wpływu c i e p ł a ,

- z j a w i s k o k a to d o w e g o c z y s z c z e n i a p o w i e r z c h n i ł ą c z o n y c h e le m en ­ tó w , u m o ż l i w i a j ą c e s p a w a n ie b e z u ż y c i a t o p n i k ó w u s u w a j ą c y c h t l e n e k A ^ O ^ .

0 i l e p r ó b y s p a w a n i a e l e k t r o d ą w olfram ow ą (m e to d a TIG) b a r ­ dzo s z y b k o d a ł y popraw ne w y n i k i i m eto d a t a s z y b k o z d o b y ł a p e ł ­ ne u z n a n i e , o t y l e s p a w a n ie e l e k t r o d ą t o p l i w ą (m e to d a MIG) p r z e z d ł u ż s z y c z a s n i e g w a r a n to w a ł o c a ł k o w i t e j n i e z a w o d n o ś c i pod względem wyników.

S p o i n y u z y s k a n e t ą m e to d ą c h a r a k t e r y z u j ą s i ę c z ę s t o pewną m i k r o - (a cz ase m i m a k r o - ) p o r o w a t o ś c i ą , k t ó r a o d b i j a s i ę n a w ł a s n o ś c i a c h m e c h a n ic z n y c h i a n t y k o r o z y j n y c h p o ł ą c z e n i a .

P r z y c z y n y t e g o t k w i ą g ł ó w n i e w n i e z b y t ś c i s ł y m p r z e s t r z e g a ­ n i u wymagań t e c h n o l o g i i , co w w a r u n k a c h p r o d u k c y j n y c h z d a r z a s i ę do sy ć c z ę s t o .

D e c y d u j ą c ą r o l ę odgrywa t u t a j d o k ł a d n o ś ć u s t a l e n i a param e­

t r ó w s p a w a n ia o r a z c z y s t o ś ć m a t e r i a ł u s p a w a n e g o , d o d a tk o w e g o i g a z u o c h r o n n e g o .

W w a r u n k a c h k r a j o w y c h c z ę s t ą p r z y c z y n ą w a d l i w o ś c i s p o i n wy­

konywanych m e to d ą MIG j e s t zawodność s t o s o w a n e j a p a r a t u r y . P o n ie w a ż j e d n a k m eto d a MIG p o s i a d a w p o r ó w n a n iu z m eto d ą TIG s z e r e g n i e w ą t p l i w y c h z a l e t t a k i c h j a k m n i e j s z y k o s z t , w ię­

k s z a w y d a j n o ś ć , ł a t w o ś ć p r z e t a p i a n i a g r u b y c h b l a c h b e z pod­

g r z e w a n i a , ł a t w i e j s z a a u t o m a t y z a c j a p r o c e s u , c e lo w a w y d a je s i ę

j e j j a k n a j s z e r s z a p o p u l a r y z a c j a , s z c z e g ó l n i e p r z y p r o d u k c j i s e r y j n e j i w p r z y p a d k u s p a w a n ia e le m e n tó w o d u ż e j g r u b o ś o i .

3 . B a d a n i a w ł a s n e

Celem n i n i e j s z e j p r a c y b y ł o p o r ó w n a n ie w ł a s n o ś c i w ytrzym a­

ł o ś c i o w y c h i o d p o r n o ś c i n a k o r o z j ę p o ł ą c z e ń a lu m in i o w y c h wyko­

n a n y c h m etodam i TIG i MIG w w a r u n k a c h p r o d u k c y j n y c h .

3 . 1 . M a t e r i a ł y u ż y t e do b a d a ń

B a d a n i a p r z e p r o w a d z o n o n a b l a c h a c h a lu m i n i o w y c h g a t u n k u A1 (A l 9 9 , 5 ) o g r u b o ś c i a c h 6 , 1 0 i 14 mm.

S k ł a d c h e m ic z n y i w ł a s n o ś c i w y t r z y m a ł o ś c i o w o - p l a s t y c z n e (w e d łu g a t e s t ó w w y tw ó rc y ) p r z e d s t a w i o n o w t a b l i c y 1 .

T a b l i c a 1 S k ł a d c h e m ic z n y i w ł a s n o ś c i w y t r z y m a ł o ś c i o w o - p l a s t y c z n e

b l a o h u ż y t y c h do b a d a ń

r S-, S k ł a d o h e m io z n y # Rm

A1 0 [mmj £

A l Cu Fe S i T i Zn 2

kG/mm 6

1 0 14

9 9 ,6 3 99.61 99.61

0 ,0 0 9 0,01 0,01

0 , 2 7 0 , 2 8 0 , 2 6

0 , 0 8 0,1 0,1

0,01

0 , 1 5

1 0 , 6 7 , 3 8 , 5 5

2 3 , 5 41 , 0 2 6 , 4

J a k o s t o p i w a u ż y t o d r u tó w w g a t u n k u SA1 o ś r e d n i c a c h 1 , 5 , 2 , 0 , 4 , 5 , 6 mm p r o d u k c j i W alcowni M e t a l i " D z i e d z i c e " . Gazem ochronnym b y ł a r g o n s p a w a l n i c z y o c z y s t o ś c i 9 9 , 9 9 $ .

3 . 2 . U r z ą d z e n i a

S p aw anie m e to d ą TIG p r z e p r o w a d z o n o p r z y u ż y c i u u r z ą d z e n i a EGb-500 z a s i l a n e g o t r a n s f o r m a t o r e m s p a w a ln io z y m E T o -5 0 0 .

Do s p a w a n ia metodą. MIG u ż y t o p ó ł a u t o m a t u EMa-400 z a s i l a n e ­ go p r o s t o w n i k i e m s p a w a ln ic z y m SZA-300.

P r z y d a t n o ś ć m etod TIG i MIG do s p a w a n i a , . . ^{11 1}

3 . 3 . P r z y g o to w a n i e m a t e r i a ł ó w do s p a w a n ia

P ł y t y p r ó b n e po o b c i ę c i u i z u k o s o w a n iu o d t ł u s z c z o n o p r z y pomocy c z t e r o c h l o r k u w ę g l a , a n a s t ę p n i e w c e l u u s u n i ę c i a war­

s tw y AlgO^ t r a w i o n o w o d p o w i e d n ic h r o z t w o r a c h l u b c z y s z c z o n o m e c h a n i c z n i e ( s t a l o w ą s z c z o t k ą r o t a c y j n ą ) .

P o n ie w a ż w c z a s i e b a d a ń w s t ę p n y c h s t w i e r d z o n o , że s p o s ó b p r z y g o t o w a n i a k r a w ę d z i b l a c h n i e w y w iera w i d o c z n e g o wpływu na j a k o ś ć p o ł ą c z e ń , p o d c z a s n a s t ę p n y c h p r ó b s to s o w a n o c z y s z c z e n i e m e c h a n ic z n e j a k o ł a t w i e j s z e do p r z e p r o w a d z e n i a w w a ru n k a c h p r o d u k c y j n y c h .

D r u t y p r z e z n a c z o n e do s p a w a n ia m e to d ą TIG po o d t ł u s z c z e n i u t r a w i o n o w 1 W r o z t w o r z e NaOH o t e m p e r a t u r z e 60-70°C a po o p ł u k a n i u g o r ą c ą wodą w 2 W r o z t w o r z e HNO^.

D r u t y e l e k t r o d o w e do s p a w a n ia m e to d ą MIG t r a w i o n o w r o z t w o ­ r z e 40& i 6W H^PO^ o t e m p e r a t u r z e 60°C ( t r a w i e n i e po­

l e r u j ą c e ) .

Po t r a w i e n i u d r u t y p ł u k a n o wodą i s u s z o n o w s t r u m i e n i u s p r ę ­ żonego p o w i e t r z a .

3 . 4 . Spaw an ie p ł y t p r ó b n y c h

S p aw an ie p r z e p r o w a d z o n o w p o z y c j i p o d o l n e j s t o s u j ą c p a r a ­ m e t r y u s t a l o n e w c z a s i e b a d a ń w s t ę p n y o h ( t a b l . 2 i 3 ) .

Po w y k o n a n iu w a r s tw y od s t r o n y l i c a g r a ń s p o i n y w y cinan o m e c h a n i c z n i e i podpaw ano.

U k ł a d a n i e s p o i n r o z p o c z y n a n o n a p ł y t k a c h w ybiegow ych, k t ó ­ r e n a s t ę p n i e u suw ano.

3 . 5 . B a d a n i a p o ł ą c z e ń spaw anych

P ł y t y p r ó b n e podd ano b a d a n io m r e n t g e n o g r a f i c z n y m a n a s t ę p ­ n i e p o c i ę t o n a p r ó b k i p r z e z n a c z o n e do pomiarów t w a r d o ś c i w s t r e f i e wpływu o i e p ł a , b a d a ń m e t a l o g r a f i c z n y c h , w y t r z y m a ł o ś c i o ­ wych o r a z b a d a ń o d p o r n o ś c i n a k o r o z j ę .

Na p o d s t a w i e re n tg e n o g ra m ć w w s z y s t k i e s p o i n y z a l i c z o n o do k l a s y I I .

Parametryczołowegospawania aluminiummetodąTIG

o

EHc6

ParametryozolowegospawaniaaluminiummetodąMIG

P r z y d a t n o ś ć m etod TIG i MIG do s p a w a n i a . « . ____________________ 1 i 3

N a j c z ę ś c i e j s p o ty k a n y m i wadami t y ł y :

- p o r o w a to ś ć s p o i n ( p r z y obu m e to d a c h s p a w a n i a ) , - w t r ą c e n i a w o lfra m u ( p r z y m e t o d z i e T I G ) .

P o m ia ry t w a r d o ś c i o r a z b a d a n i a m e t a l o g r a f i c z n e w y k a z a ł y , że s z e r o k o ś ć s t r e f y wpływu c i e p ł a w y n o s i ł a o k o ł o 35 mm p r z y z a ­ s t o s o w a n i u m eto d y TIG o r a z o k o ł o 25 mm w p o ł ą c z e n i a c h spawa­

n y c h m e to d ą MIG.

S p a d e k t w a r d o ś c i w s t r e f i e wpływu o i e p ł a , w p o r ó w n a n iu z t w a r d o ś o i ą m a t e r i a ł u r o d z i m e g o , w y n o s i ł 18-f-30^ p r z y m e t o d z ie TIG i do 20# p r z y m e t o d z i e MIG ( r y s . 1 i 2 ) .

R y s . 1 . M a k r o s t r u k t u r a p o ł ą c z e n i a wykonanego m e to d ą TIG g = 14 mm, pow. 2 , 5 X, t r a w . o d c z . T u c k e r a

R y s . 2 . M a k r o s t r u k t u r a p o ł ą c z e n i a wykonanego m e to d ą MIG g = 14 mm, pow. 2 X, t r a w , o d c z . T u c k e r a

P r z y d a t n o ś ć m etod TIG i MIG do s p a w a n i a . . . 115

P ró b y r o z c i ą g a n i a p r z e p r o w a d z o n o na p r ó b k a c h t y p u A (wy­

t r z y m a ł o ś ć p o ł ą o z e n i a spaw an ego ) o r a z na p r ó b k a c h t y p u B (wy­

t r z y m a ł o ś ć s p o i n y ) , p r z y czym c z ę ś ć p r ó b e k p o ddan o u p r z e d n i o 1 2 - g o d z in n e ra u t r a w i e n i u w 40# HNO^ o t e m p e r a t u r z e o k . 1 0 0 °C .

P r ó b k i t y p u A n i e t r a w i o n e u l e g a ł y z e r w a n i u po z a s p o i n ą , t r a w i o n e p ę k a ł y w s p o i n i e ( r y s . 3 i 4 ) . W yniki p r ó b w ytrzym a­

ł o ś c i o w y c h z e s t a w i o n o w t a b l i c y 3 o r a z n a w y k r e s i e n a r y s . 5 .

R y s . 3 . Wygląd p r ó b e k t y p u A po z e r w a n i u

R y s . 4 . Wygląd p r ó b e k t y p u 3 po z e r w a n i u

Porównaniewłasności wytrzymałościowychspawanychpołączeńaluminiowych(A1)

c io ^{CT\ cn} «3- A -

•p co A - O vO T— co CO 0 LA O

•h •k m •* *» •k *« «1 ^{•k • .}

CO CO O O LA O I CO 0 r - O 1 ^{KO 0 A - O} 1

---- cr\ O cr> O e r. 0 Oh O Oh 0 00 ^O

B 6 ^{x —} r~ *— p

& Pu

+> c i 0 O 0 O 0 0 0 O 0 0 O O

Cff <D*i-ł CD CO co co 1 ^{co co co CO} | CD co co CO I

« • H O tao

▼“ ▼“ rr~ T—

T~ T” T - ^r- T - p

CM 0 0 O O LA CM r - O *3^* r— ^KO CA

H KO T— LA CA O LA LA LA O Oh •3- T~ 00

w CK •k •t •* •k *k •* «K •» <K •k •k Vk

___1 CA C\J -=t co O MD CO <*• VO O LA co CO A - O

B co cr* CO co O Oh Oh Oh Oh O A - KO A - 0

P i Ph r~ p

CVJ LA LA CM LA O

E LA _a- C\J IA LA LA CO LA IA CM LA KO

6 ^{E T— co A ' LA LA 0} r — CTh O CA O <A CM CM •»

P i N •K • • • •k ł* • •s •K •»i •k •k •k O

S ^{A " a A A CO A r - MD A - A -} 00 ^{CO A - CO} P

>> >> >? >3

d d P P Pi P d

£3 (U W 0 >> O >> i>> O >> O >> >> O >> 0 >> >>

03 -P> cC •H P £ •H •H BE •H p i ST

-P <S -H 0 £ O 0 & 0 £ O O 0 ? 0 O

CO S Pi c i p c i P p ci P c i P P c i p ci p P

P d Pi 3 3 P 3 P 3 3 p 3 P 3 ^d

P co -P co co -P co -P co w p co P CQ ra

X > > t>

d d *tH *H d

P p P

c i ci co c i c i CQ c i c i w

i» a> Be 0^> 0^?

C O 0 P 0 O P 0 O p

*r A l e A l a ^{c i fM e A l} a Ci A ł a ^{A l} e c i

O O 0^{) 0} <L> O O CD O <D O CD

PU ta P ta P b0 ^{ta •H} ta •H bO ta •rH ta P bo

CQ 0 0 P £ 0 P 0 P 0 P 0 P

0 c i 0 c i 0 c i 0 ci 0 c i 0 ci

•r-D n3 ? nd £ A l ? *d A l 'd ? 'd i A l

cC c i c i c i c i c i ci c i c i c i

ta ci Ph c i p . *rH ci P i c i PU •H c i p . c i PU P

'd Ci 'd C »d P Pi P rO P P "d P *d P

0 P 0 •H 0 (D •H 0 •H 0 <D •H 0 p 0 <D

O pu O PU -P O Pu O PU P O PU 0 PU P

P ł p . ci P * Pw c i PU PU c i

CO ta CO ta s CO ta CO ta 3 ^{CO ta co ta} a

i 1

c i

0 £ Ci r3 C- C*3 cD 0

P c i Ci P M M [ —1 M 1 M h-i 1

CL' T3^{PU P EH} 53 ^EH s EH s

c ^Ul

>?

! - 0 r»- 1

v0? 0 G ■p- 0 MD

Pi O crt G kT~ T—

e & P 1— 1 rO

T-»<D

PO

•rap

<I> %

P CC O P P +3

CC <li£

P ^^ zi

!>>•'•*

cć* p ci* cC*

C i ‘H p £ P O P P O f t O O

W W CQ

<d <d o; 0) ta

w ,0 ta ta

XP

z. C C

•O

PPU

P03

Ci cC st = c s

Ci<D

ta OCi

cC p = c r

i ! i (

^ p co

«✓-X I I *k *k CO <ij co co

a s e e

« Pm « ca

P r z y d a t n o ś ć m etod TIG i MIG do s p a w a n i a . . . 117

ffm/u/

%ao

to

40 20

10

14 MIG

M I G - p r ó b k i t r a u io n e

grubość ó/ochy10

—

T O ą ^'I1!_{i i}

:

' | I

V

1 P I

I

[-■

5? 1

*

1 1

i

i ^{> ;} ; ! 1

• V i»!

i. ^$

□ T ie

H T l C - p r ó b k i Iranione

R y s . 5 . Wykres z m ia n y w y t r z y m a ł o ś c i na r o z c i ą g a n i e p o ł ą c z e ń spaw any ch w z a l e ż n o ś c i od s t a n u m a t e r i a ł u podstaw ow ego i m eto­

d y s p a w a n ia

B a d a n i a o d p o r n o ś c i na k o r o z j ą p r z e p r o w a d z o n o m e to d ą p r z y ­ s p i e s z o n ą l a b o r a t o r y j n ą , w e d łu g w y t y c z n y c h z a w a r t y c h w n o rm ie FIT/H-04600, s t o s u j ą o dwa ś r o d o w i s k a k o r o z y j n e .

Połową p r ó b e k t r a w i o n o n a g o r ą c o w 40&-owym r o z t w o r z e HNO^

o t e m p e r a t u r z e 95°C p r z e z 18 g o d z i n , t r z y k r o t n i e z m i e n i a j ą c r o z t w ó r n a ś w i e ż y ( r y s . 6 i 7 ) .

R y s . 6 . Wygląd p r ó b e k spaw anyoh m e to d ą TIG- po t r a w i e n i u na g o r ą c o

R y s . 7 . Wygląd p r ó b e k spaw any ch m e to d ą MIG po t r a w i e n i u na g o r ą c o

D ru g ą p ołow ą p r ó b e k t r a w i o n o p r z e z 96 g o d z i n n a zimno ( r y s . 8 i 9) w r o z t w o r z e o s k ł a d z i e :

8000 cm3 H2 0 , 100 0 cm3 H2 S04 , 10 0 0 om3 HP.

i

R y s . 8 . Wygląd p r ó b e k s p a w a ny o h m e to d ą TIG po t r a w i e n i u n a zimno

uzgtędna szybkośćkorozji

P r z y d a t n o ś ć m etod TIG i MIG do s p a w a n i a . . . 119

R y s .

V/O

R y s .

9 . Wygląd p r ó b e k s p a w a n y c h m e to d ą MIG po t r a w i e n i u na zim no

u 9 7

5

3

M I G - p r ó b k i tromone nazim no fcjfjT I G - p r ó b k i t r a u io n e n a g o rą c o

| M I G - p ró b k i tra n io n e n a g o rą c o jjjjjj] T I G - p r ó b k i t r a f io n e n a zim n o

1 0 . Wykres w z g l ę d n e j s z y b k o ś c i k o r o z j i p o ł ą o z e ń spaw anych

P o n ie w a ż b a d a n i e k o r o z j i r ó w n o m ie r n e j p r z y próbkach, spaw anych n i e d a j e w ł a ś c i w e j o c e n y i c h o d p o r n o ś c i , d l a k a ż d e j p r ó b k i o b l i o z o n o w z g l ę d n ą s z y b k o ś ć k o r o z j i w e d łu g w zoru:

W yniki b a d a ń o d p o r n o ś c i na k o r o z j ę z e s t a w i o n o w t a b l . 5 o r a z na w y k r e s i e na r y s . 1 0 .

3 . 6 . A n a l i z a wyników

S p a w a n ie m e to d ą TIG wymaga w p ro w a d z e n ia do m a t e r i a ł u wię­

k s z e j i l o ś c i o i e p ł a , c z e g o w ynikiem j e s t w i ę k s z a s z e r o k o ś ć s t r e f y wpływu c i e p ł a o r a z w i ę k s z e o d k s z t a ł c e n i a e lem entów s p a ­ wanych.

P r ó b y w y t r z y m a ło ś c io w e p o t w i e r d z i ł y f a k t , że m aksym alna wy­

t r z y m a ł o ś ć p o ł ą c z e ń spaw an y ch u t r z y m u j e s i ę w g r a n i c a c h wy­

t r z y m a ł o ś c i m a t e r i a ł u w y ż a r z o n e g o , k t ó r a d l a a lu m in iu m A l 1 w y n o s i 7-5-9 kG/mm .p

2 p o r ó w n a n ia wyników w i d a ć , że s p a d e k w y t r z y m a ł o ś c i n a r o ­ z e r w a n i e z a l e ż a ł g ł ó w n ie od s t a n u m a t e r i a ł u p r z e d spaw aniem .

W p r z y p a d k u s p a w a n ia a lu m in iu m d o s t a r c z o n e g o w s t a n i e m ięk­

kim ( g = 10 mm i g = 1 4 mm) s p a d e k t e n b y ł z n a c z n i e m n i e j s z y n i ż w p r z y p a d k u s p a w a n ia a lu m in iu m w s t a n i e p ó łtw a rd y m (g =

= g mm).

P r z y s p a w a n iu m e to d ą TIG s p a d e k w y t r z y m a ł o ś c i m a t e r i a ł u w s t r e f i e wpływu c i e p ł a b y ł m n i e j s z y o 0,5-r3,8& d l a p r ó b e k n i e - t r a w i o n y c h i o 0t-8£- d l a p r ó b e k t r a w i o n y c h , od s p a d k u w ytrzym a­

ł o ś c i p r z y s p a w a n iu m e to d ą MIG. P r ó b y z g i n a n i a w y k a z a ły b a r d z o d o b r e w ł a s n o ś c i p l a s t y c z n e p o ł ą c z e ń - we w s z y s t k i c h w ypadkach u z y s k a n o k ą t g i ę c i a rów ny 1 8 0 ° b e z p ę k n i ę ć i r y s .

B a d a n i a o d p o r n o ś c i na k o r o z j ę w y k a z a ły r ó w n i e ż j e j z a l e ż ­ n o ś ć od s t a n u m a t e r i a ł u p r z e d sp a w a n ie m .

S z y b k o ś ć k o r o z j i w p r z y p a d k u a lu m in iu m p ó ł t w a r d e g o w y n o s i ł a 3 9 , 7 m m /rok, a w p r z y p a d k u a lu m in iu m m ię k k ie g o 3 5 , 7 mm/rok

( o ś r o d e k k o r o z y j n y - 20$ r o z t w ó r + H P ) .

P r z y d a t n o ś ć m etod TIG- i MIG do s p a w a n i a , , , ____________________ 121

T a b l i c a 5 Porównanie o d p o m o śo i na k o r o z je

spawanych p o łą c z e ń aluminiowych (A1) Gru­

bość Meto­

da Rodzaj p ró b k i Sposób Śred­

n i a szyb­

kość Vp f e ]

> is!

Względna szybkość b l a ­

chy[mm]

spawa­

n i a n i a

V " '

%

k o r o z j i V —V A = - f - i

TIG

Spoina doczołowa X z podpawaniem

na zimno na gorąoo

40,6

243,3

1 06,6 108,0

6 ,6 8 ,0

MIG

Spoina doczołowa V z podpawaniem

na zimno na gorąco

41,9 247,8

110,1 11 0 ,0

1 0,1 1 0 ,0 - M a t e r i a ł bez sp o in y na zimno

na gorąoo

38,1 225,3

1 00,0 1 00,0

-

1 0

TIG

Spoina doczołowa V

z podpawaniem

na zimno na gorąoo

3 8 ,5 231 ,2

107,8

106,5

7 ,8

6,5

MIG

Spoina doczołowa V z podpawaniem

na zimno na gorąoo

39,0 237,2

109.3 109.3

9.3

9.3 _ M a t e r i a ł bez sp o in y

na zimno na gorąco

35 ,7 217,0

1 00,0 100,0

—

TIG

Spoina doczołowa I z podpawaniem

na zimno na gorąoo

43,4 2 43,5

109.3 107.3

9 .3 7 .3

MIG

Spoina doozołowa I z podpawaniem

na zimno na gorąco

45,3 249,2

114,2 1 09,8

14,2

9 ,8

- M a t e r i a ł bez sp o in y

na zimno na gorąco

3 9,7 2 26,9

1 00,0 1 00,0

Vp(s) - szybkość k o r o z j i p róbek ze sp o in ą (u b y te k g r u b o ś c i) Vp(m) - szybkość k o r o z j i próbek bez sp o in y (u b y te k g r u b o ś c i ) .

K o r o z ja p r z e b i e g a ł a z n a c z n i e s z y b c i e j w gorącym r o z t w o r z e HłTO-j i m i a ł a ona c h a r a k t e r w żerow y.

P o d c z a s t r a w i e n i a p r ó b e k w r o z t w o r z e H2 SO^ + HP k o r o z j i u l e g a ł y t y l k o p o w i e r z c h n i e z e w n ę t r z n e p r ó b e k , n i e w y k a z u ją c m ie js c o w y c h ośrodków k o r o z j i t y p u w żerow eg o. T r a w i e n i e t o po­

wodowało s to s u n k o w o d u ż e u b y t k i m a t e r i a ł u w s t r e f i e p r z e j ś c i o ­ wej p o ł ą c z e ń .

W zględna s z y b k o ś ć k o r o z j i w y n i o s ł a 6 , 5 - 9 , 5 $ d l a p r ó b e k s p a ­ wanych m e t o d ą TIG i 9 , 3 - 1 4 , 2 $ d l a p r ó b e k sp aw any ch m e to d ą MIG.

Dużą s z y b k o ś ć k o r o z j i p r ó b e k o g r u b o ś o i g = 6 mm spawa­

n y c h m e to d ą MIG, t r a w i o n y c h w gorącym r o z t w o r z e , n a l e ż y t ł u m a ­ c z y ć n i e t y l e n i e d o s k o n a ł o ś c i ą m eto d y s p a w a n i a , co z b y t d u ż ą s z e r o k o ś c i ą s p o i n y w s t o s u n k u do c a ł k o w i t e j p o w i e r z c h n i p r ó b e k .

4 . W n io sk i

1 . M etoda MIG p o z w a la n a o t r z y m a n i e p o ł ą c z e ń spa w a n y c h o w ł a s ­ n o ś c i a c h w y t r z y m a ł o ś c i o w y c h n i e z n a c z n i e g o r s z y o h l u b rów­

n y c h w ł a s n o ś c i o m p o ł ą c z e ń u z y s k a n y c h p r z y z a s t o s o w a n i u me­

t o d y TIG.

2 . n a g r z a n i e m a t e r i a ł u s p a w a n e g o , a z atem i o d k s z t a ł c e n i a kon­

s t r u k c j i s ą m n i e j s z e p r z y s t o s o w a n i u m etod y MIG.

3 . Odporność p o ł ą c z e ń na k o r o z j ę w p r z y p a d k u s p a w a n ia m eto d ą MIG j e s t n i ż s z a .

4 . S t o s o w a n ie m eto d y MIG j e s t k o r z y s t n i e j s z e w wypadku spawa­

nia. ele m en tó w o d u ż y c h g r u b o ś c i a c h , od k t ó r y c h n i e wymaga s i ę w y s o k i e j o d p o r n o ś c i n a k o r o z j ę , ho s p a w a n ia elem entó w o m a ł e j g r u b o ś c i o r a z t a k i c h , k t ó r e s ą p r z e z n a c z o n e do p r a c y w o ś r o d k a c h s i l n i e k o r o d u j ą c y c h n a l e ż y s to s o w a ć m eto d ę TIG.

P r z y d a t n o ś ć m etod TIG i MIG do s p a w a n i a . 1 2 3

LITERATURA

[ i] P r a c a z b i o r o w a : A lu m in iu m , P o r a d n i k WET 7/arszaw a 1 9 6 7 . H Orman M ., G o l i a n A . : K o r o z j a a lu m in iu m i j e g o s to p ó w ,

" Ś lą s k * 1, K a to w ic e 1 9 6 3 .

[3] L a n c a s t e r I . E . : M e t a l u r g i a p ro c e s ó w s p a w a l n i c z y c h , WET 'Warszawa 1 9 6 7 .

[A] E r y ś S . : Spaw an ie łukowe a lu m in iu m o t u l o n ą e l e k t r o d ą a l u ­ m in io w ą , P r z e g l ą d S p a w a l n i c t w a n r 1 / 1 9 5 8 .

[5] B u ra k S . , K i t a K . : W ł a s n o ś c i p o ł ą c z e ń spaw anych c z y s t e g o a lu m in i u m , P r z e g l ą d S p a w a l n i c t w a n r 8 / 1 9 6 5 .

[6] K o r k i e w ic z P . : U r z ą d z e n i a do s p a w a n ia w a t m o s f e r z e gazów o c h r o n n y c h , B i u l e t y n I n s t y t u t u S p a w a l n ic t w a n r 3 1 .

[7j B r y ś S . : Spaw anie a lu m in i u m w o s ł o n i e a r g o n u , P r a o e badaw­

c z e Dc-4 i Dc- 6 I n s t y t u t u S p a w a l n ic t w a w G l i w i c a c h .

[8] L i s z k a J . : P r a c a dyplomowa wykonana w K a t e d r z e S p a w a l n ic t w a P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j .

hGCJIEflO JAHkE IIFErOflHOCTh METüflOB UBAPKk B CPEfiE APPOHA flJIji COEflUHEHVùi AJIiOi.iKHLE BOL ATIII APATyPU

P e 3 n M e

3 p a d o T e npHBOj t aTCH p e 3^{y j i}b t u t s i MCCj i e s oBa Hni i c b o î i c t b o j i k i m h-

HHeBfaix coeAHHeHHÜ c B a p e HHb i x b c p e x e a p r o H a BOJibippatiOBbiu h

aÆDMHHHeBHM 3Jie KT pOAOM .

CpaBHeHHe IipOUHOCTH H K0 p p 0 3 H e C T 0 H K 0 C T H 3THX COeAMHeHKH C B a ­ peHHbix b c p e ^ e a p r o H a j ; a ë T b o s m o k h o c t b ouei i KH n p i i r o a HOCTM 3t h x MeTCßOB äj i h n p o i i 3 B O f l C T B a ajnowHHue b oh x HMH q e c K o ü a n n a p a - T y p b i .

SUITABILITY THE MIG AND TIG METHODS BOR WELDING OB ALUMINIUM IN THE CHEMICAL INDUSTRY

S u m m a r y

T h i s p a p e r p r e s e n t s t h e r e s u l t s o f t h e e x a m i n a t i o n s t h e p r o ­ p e r t i e s o f a lu m in i u m w e ld e d j o i n t s w h ic h h a v e b e e n c a r r i e d o u t by means o f MIG an d TIG m e t h o d s . The c o m p a r i s o n o f t h e r e s u l t s h a s shown t h e e q u a l m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f j o i n t s f o r f o t h m e t h o d s , h o w e e v e r t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f MIG w e ld e d j o i n t s w ere w o r s e .